实验30 轴对称问题分析
一、实验课题
柱形压力容器两端为球冠形封头（如图所示），已知 l = 2 m，R = 1 m，t = 0.2 m，p = 1 MPa，弹性模量E = 200 GPa，泊松比m = 0.3。由于结构及载荷均对称，可取四分之一计算。
二、实验要求
1 掌握轴对称单元的定义方法；
2 掌握对称面上的边界条件；
3 掌握载荷的施加方法；
4 掌握自动划分网格及控制网格疏密的方法；
5 注意输出结果 x 为径向，y 为轴向，z 为周向。
三、实验步骤：
Ⅰ 进入 ANSYS
点击 【程序】→【ANSYS5.4】→【Run Interactive Now】
Ⅱ 建立有限元模型
1 输入标题
(1) 点击【File】→【Change Title】；
(2) 输入标题“Axisymmetric Problem—The Analysis of Tank”；
(3) 点击【OK】按钮。
2 选择分析类型
(1) 点击【Main Menu】→【Preferences】；
(2) 选择 structural 复选框，然后点击【OK】按钮。
3 确定单元类型
(1) 点击【Main Menu】→【Preprocessor】→【Element Type】→【Add/Edit/Delete】；
(2) 点击【Add】，选择 structural solid 族中 Quad 4 node 单元，再点击【OK 】；
(3) 点击【Options】钮，在 Element behavior K3 行选择 Axisymmetric ；
(4) 点击【OK】钮，再点击【Close】关闭对话框。
4 定义材料性质
(1) 点击【Main Menu】→【Preprocessor】→【Material Props】→【Constant-Isotropic】；
(2) 点击【OK】；
(3) 输入弹性模量EX为 200E+9 以及泊松比PRXY为 0.3 ，然后点击【OK】。
5 建立几何模型
(1) 点击【Main Menu】→【Preprocessor】→【Modeling-Create】→【Areas-Rectangle】→【By Dimenssion】；
(2) 输入矩形对角点 x1 = 0.8 , y1 = 0 , 和 x2 = 1 , y2 = 1 ，然后点击【OK】；
(3) 点击【Main Menu】→【Preprocessor】→【Modeling-Create】→【Areas- Circle】→【Partial Annulus】；
(4) 在弹出的对话框内设置 wpx = 0 , wpy = 1 , rad-1 = 0.8 , theta-1 = 0 , rad-2 = 1 , theta-2 = 90 ，然后点击【OK】；
(5) 点击【Main Menu】→【Preprocessor】→【Modeling- Operate】→【Booleans-Add】→【Areas】
(6) 拾取矩形和圆环，并点击【OK】。
6 划分网格
(1) 点击【Main Menu】→【Preprocessor】→【Meshing-Size Cntrls】→【Manual Size –Global-Size】；
(2) 键入单元边长 0.2 ，然后点击【OK】；
(3) 点击【Main Menu】→【Preprocessor】→【Meshing-Mesh】→【Areas-Free】；
(4) 在拾取窗点击【Pick All】按钮。
Ⅲ 求解
1 边界处理
(1) 点击【Main Menu】→【Solution】→【Loads-Apply】→【Structural-Displacement】→【On Keypoints】；
(2) 选中矩形下边界左、右两端点，并在拾取窗上点击【OK】；
(3) 选择被约束的自由度为 UY ；
(4) 输入被约束处的位移值 0 ，并打开Expand displacement ；
(5) 点击【OK】；
(6) 选中圆环左边界上、下两端点，并在拾取窗上点击【OK】；
(7) 选择被约束的自由度为 UX (注意不要包含 UX 方向) ；
(8) 点击【OK】，关闭对话框。
2 定义载荷
(1) 点击【Main Menu】→【Solution】→【Loads-Apply】→【Structural- Pressure】→【On Lines】；
(2) 选中内边界（包括一条直线和一条圆弧），并点击【OK】；
(3) 输入节点 I 处载荷值 1000000 然后点击【OK】。
3 求解
(1) 点击【Main Menu】→【Solution】→【Solve】→【Current LS】；
(2) 浏览完显示的信息后，关闭文本窗口；
(3) 点击【OK】后开始求解；
(4) 点击【Close】。
Ⅳ 后处理 ( Postprocessing)
1 绘变形图
(1) 点击【Main Menu】→【General Postproc】→【Plot Results】→【Deformed Shade】；
(2) 选取 Del+undeformed 选项，然后点击【OK】。
2 画 Von Mises 等应力线
(1) 点击【Main Menu】→【General Postproc】→【Plot Results】→【Contour plot】→【Nodel Solu】；
(2) 选择应力族中 Von Mises 等效应力，然后点击【OK】。
3 显示节点位移
(1) 点击【Main Menu】→【General Postproc】→【List Results】→【Nodal Solution】；
(2) 在 Item to be listed 框中选 DOF Solution 及其 All DOFs DOF；
(3) 点击【OK】；
Ⅴ 退出 ANSYS
点击工具栏上【Quit】按钮，选择 quit - no save! 复选框，再点击【OK】。
